СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2021 года по МПК H05B33/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к аппаратуре для подачи электрической мощности к электрическому устройству. Изобретение также относится к способу для подачи электрической мощности к электрическому устройству и системе.

Уровень техники

В некоторых системах электропитания электрическая мощность подается от источника мощности к электрическому или электронному устройству через распределительный щит и схему преобразователя. Некоторыми примерами источника мощности являются сеть электропитания (электрическая сеть), электрический генератор (например, дизельный генератор), аккумуляторы, солнечные элементы и/или ветровые турбины. Электрическая сеть обычно передает электрическую мощность как AC-напряжение (переменный ток), тогда как электрические генераторы обычно вырабатывают AC-напряжение (переменный ток), а аккумуляторы и солнечные элементы обычно вырабатывают DC-напряжение (постоянный ток), при этом DC/AC-инвертор может быть необходим для преобразования DC-напряжения в AC-напряжение, прежде чем мощность может быть подана к распределительному щиту. В этих видах систем электронное устройство, однако, может работать с DC-напряжением, при этом выпрямитель может быть необходим для преобразования AC-напряжения в DC-напряжение перед подачей мощности электронному устройству. Выпрямитель может быть частью электронного устройства, или он может быть отдельным блоком.

Пример вышеупомянутой системы электропитания был использован во множестве аэропортов для подачи мощности к лампам, расположенным на и вокруг взлетно-посадочных полос и рулежных дорожек, т.е. для аэродромного освещения (AFL). Эти лампы или светильники используются для освещения местоположения, компоновки, формы и назначения взлетно-посадочных полос и рулежных дорожек, так что пилоты авиалиний могут работать во всех условиях, особенно в темноте, условиях низкой освещенности и низкой видимости.

Величина электрической мощности, подаваемой в цепь аэродромного освещения, может регулироваться посредством регулировки выходного тока до требуемого уровня. Это может быть выполнено посредством блока регулятора неизменного тока (CCR), так что выходной ток блока регулятора неизменного тока регулирует также интенсивность ламп на взлетно-посадочных полосах и рулежных дорожках. Несколько специфицированных уровней интенсивности используются, как определено в связанных стандартах. Требуемый уровень интенсивности аэродромных фонарей для какого-либо заданного момента летной эксплуатации определяется авиадиспетчерской службой в аэропорту. Требуемый, регулируемый стандартами диапазон интенсивности света ламп рулежной дорожки составляет от 2,8 А (1%) - 6,6 А (100%). Более низкий уровень интенсивности света приблизительно 10% 0,66A является практическим минимальным ограничением с некоторыми LED-лампами предшествующего уровня техники вследствие трудностей в реализации хорошей характеристики регулировки мощности для уровня выходного тока аэродромного освещения при более низкой 10%-1% интенсивности света. Это означает, что фонари взлетно-посадочной полосы не могут быть непосредственно установлены в требуемый минимальный 1% уровень за счет таких LED-ламп предшествующего уровня с помощью лишь выходного сигнала блока регулятора неизменного тока. Таким образом, отдельная функция управления активной мощностью, измеряющая ток цепи аэродромного освещения и выполняющая дополнительное снижение мощности, используется внутри каждого LED-блока. Фиг. 6 иллюстрирует пример интенсивности освещения как функции входного тока для галогенных ламп (кривая 601) и для LED-ламп (кривая 602). В этом примере, для галогенных ламп уровень тока 4,1 А соответствует примерно 10% уровню освещения, уровень тока 3,4 А соответствует примерно 3% освещения.

Существует техническая проблема на некотором предшествующем уровне при низких уровнях интенсивности LED-освещения: Если ток управляется PWM-способом, это может создавать видимое мерцание и стробоскопические эффекты, которые мешают пилотам авиалиний. Мерцание создается скважностью PWM-импульсов, которая имеет время выключения значительно длиннее времени включения. Это мерцание является более видимым с более низкой частотой AFL-цепи, например, частотами сети электропитания. Следовательно, использование PWM при низких уровнях интенсивности LED-освещения сегодня является затруднительным, поскольку разрешающая способность регулировки PWM получается практически слишком низкой.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является предоставление улучшенной системы электропитания и аппаратуры для подачи электрической мощности к электрическому устройству и создание возможной непосредственной подачи мощности к LED-лампам с помощью лишь выходного сигнала блока регулятора неизменного тока. Изобретение основывается на идее регулировки частоты AC-тока, когда желаемый уровень мощности находится на первой стороне от порогового значения. Настоящее изобретение нацелено на предоставление решения вышеупомянутой проблемы с помощью выходной частоты регулятора неизменного тока в качестве дополнительного способа управления. В соответствии с вариантом осуществления, управление интенсивностью света может следовать току цепи аэродромного освещения, например, в диапазоне интенсивности 100%-10% и дополнительно с помощью выходной частоты регулятора неизменного тока на основе управления интенсивностью света в диапазоне <10%.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предоставляется аппаратура для подачи электрической мощности к электронному устройству, причем аппаратура содержит:

средство для получения указания желаемого уровня мощности, который должен подаваться к электрическому устройству;

вход для приема электрической мощности в качестве DC-мощности;

инвертор для инвертирования DC-мощности в AC-мощность;

средство для подачи AC-мощности к реактивному сопротивлению для преобразования в выходную мощность;

при этом аппаратура дополнительно содержит:

средство для регулировки AC-мощности, подаваемой к реактивному сопротивлению, с помощью по меньшей мере двух из следующего:

- уровня напряжения AC-мощности;

- частоты AC-мощности;

- формы волны AC-мощности.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предоставляется способ для подачи электрической мощности к электрическому устройству, причем способ содержит:

получение указания желаемого уровня мощности, который должен подаваться к электрическому устройству;

прием электрической мощности в качестве DC-мощности посредством блока регулятора неизменного тока;

инвертирование DC-мощности в AC-мощность;

подачу AC-мощности к реактивному сопротивлению для преобразования в выходную мощность;

и подачу выходной мощности от реактивного сопротивления к электрическому устройству;

при этом способ дополнительно содержит:

регулировку AC-мощности, подаваемой к реактивному сопротивлению, с помощью по меньшей мере двух из следующего:

- уровня напряжения AC-мощности;

- частоты AC-мощности;

- формы волны AC-мощности.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предоставляется система, содержащая:

одно или более электрических устройств;

аппаратуру для подачи электрической мощности к одному или более электрическим устройствам;

средство для получения указания желаемого уровня мощности, который должен подаваться к электрическому устройству;

вход для приема электрической мощности в качестве DC-мощности;

инвертор для инвертирования постоянного тока в AC-мощность;

средство для подачи AC-мощности к реактивному сопротивлению для преобразования в выходную мощность;

при этом система дополнительно содержит:

средство для регулировки AC-мощности, подаваемой к реактивному сопротивлению, с помощью по меньшей мере двух из следующего:

- уровня напряжения AC-мощности;

- частоты AC-мощности;

- формы волны AC-мощности.

Настоящее изобретение имеет несколько преимуществ, некоторые из которых будут описаны в последующем подробном описании.

Краткое описание чертежей

В последующем настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

Фиг. 1a изображает примерный принцип предоставления электрической мощности для аэродромного освещения;

Фиг. 1b изображает другой примерный принцип предоставления электрической мощности для аэродромного освещения;

Фиг. 2 иллюстрирует в качестве упрощенной блок-схемы регулятор неизменного тока, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 3a изображает эквивалентную схему выходного трансформатора и цепи аэродромного освещения, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 3b изображает выходной ток цепи аэродромного освещения на фиг. 3a как функцию входного напряжения при первой частоте, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 3c изображает выходной ток цепи аэродромного освещения на фиг. 3a как функцию входного напряжения при второй частоте, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 3d изображает формы волн входного напряжения при двух различных частотах, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 4a-4d изображают различные формы волн широтно-импульсной модуляции, которые могут быть использованы в инверторе, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 5 изображает управление интенсивностью LED-освещения как функцию выходного тока инвертора и частоты, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 6 иллюстрирует пример интенсивности освещения как функцию входного тока для галогенных фонарей и для LED-фонарей;

Фиг. 7a иллюстрирует результат использования качания частоты в управлении интенсивностью освещения, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 7b иллюстрирует динамический эффект с синусоидальной формой волны, в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг. 8a-8d иллюстрируют примерную форму волны для управления интенсивностью освещения как функцию напряжения, частоты и/или формы волны, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 9a-9c иллюстрируют некоторые примеры включения информации в выходную мощность; и

Фиг. 10 иллюстрирует пример принципа управления мощностью в соответствии с вариантом осуществления.

Подробное описание изобретения

Фиг. 1a показывает примерный принцип предоставления электрической мощности для системы 103 аэродромного освещения. Следующие функциональные технические блоки показаны на фиг. 1a. Сеть 101 электропитания является главным источником электрической мощности в аэропорту. Она может представлять национальную электрическую сеть, которая может питать все электрические системы. Возможно, что аэропорт имеет отдельные локальные участки или внутреннюю электрическую подстанцию или подстанции. Общая практика заключается в наличии сетей AC-напряжения с частотой 50 Гц или 60 Гц. Блок 102 регулятора неизменного тока (CCR) является блоком подачи электрической мощности, который может доставлять мощность в одну из цепей 104 аэродромного освещения. Цепь 104 аэродромного освещения (AFL C1 … AFL Cn) может содержать множество ламп 105 и соответствующих электронных схем LT1, 106 управления. Лампы и электронные схемы управления могут также называться цепью освещения в этой спецификации. Блок 102 регулятора неизменного тока может также называться инвертором неизменного тока или CCR-инвертором в этой спецификации. Могут использоваться блоки с различными максимально допустимыми мощностями. Блок 102 регулятора неизменного тока устанавливается в свою выходную фактическую мощность, которая должна предоставляться в цепи 104 аэродромного освещения, чтобы получать желаемый уровень интенсивности ламп. Другими словами, выходной ток от блока 102 регулятора неизменного тока может быть использован для управления интенсивностью освещения осветительного устройства 105 цепей 104 аэродромного освещения. Осветительные устройства 105 могут также называться лампами в этой спецификации.

Цепь 104 аэродромного освещения может содержать трансформатор LT1…LTn лампы (фиг. 3a), схему 106 выпрямителя, если есть, и осветительное устройство 105, например, LED.

В примере на фиг. 1a дизельный генератор 107 может быть использован в качестве альтернативного источника мощности для ситуаций, когда основная сеть электропитания может быть недоступной. Использование дизельного генератора может увеличивать общую избыточность и надежность системы. Дизельные генераторы типично создают AC-выходную мощность, и, таким образом, выпрямитель используется для преобразования электрической AC-мощности в DC-мощность, так что она может быть сообщена в DC-распределительную шину на правильном уровне напряжения. Использование дизельных генераторов может иметь недостатки потребления топлива и их износ, оба из которых могут увеличивать затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание и выход отработавшего газа.

Аккумуляторы/накопитель 108 энергии может быть использован для хранения энергии в электрохимической форме и соединяется с системой подачи мощности для резервирования подачи мощности для аэродромного освещения. Практически любая аккумуляторная технология может быть использована, пока используется подходящий способ зарядки. Аккумуляторы/накопитель энергии может иметь отдельное собственное устройство заряда аккумулятора.

Солнечная энергетическая система 110 является примером другого дополнительного локального способа производства энергии, который может быть соединен с системой подачи мощности для аэродромного освещения.

Различные источники электричества могут быть соединены с системой 109 регулятора неизменного тока аэродромного освещения (AFL CCR-система) через распределительный щит 112, например. Электричество (электрическая мощность), которое должно подаваться к системе 109 регулятора неизменного тока аэродромного освещения, может быть AC-напряжением (и током), как иллюстрируется на фиг. 1a, или DC-напряжением (и током), как иллюстрируется на фиг. 1b. Если используется AC-напряжение, источники мощности, которые создают DC-напряжение, соединяются с DC/AC-инверторами 111, как изображается на фиг. 1a, чтобы преобразовывать DC-напряжение в AC-напряжение. С другой стороны, если используется DC-напряжение, источники мощности, которые создают AC-напряжение, соединяются с выпрямителями 113 (фиг. 1b), чтобы выпрямлять AC-напряжение в DC-напряжение.

Цепь 104 аэродромного освещения (помечена как AFL Cn на фиг. 1a) означает взаимосвязанные осветительные устройства 105 (лампы) вдоль взлетно-посадочных полос и рулежных дорожек и соответствующую схему управления, которая используется для подачи мощности к осветительным устройствам 105. Интенсивность осветительных устройств 105 может управляться посредством регулировки электрического тока, подаваемого через цепь 104 аэродромного освещения. Осветительные устройства 105 могут быть галогенными лампами, светоизлучающими диодами (LED) или любой другой подходящей технологией освещения, или любым сочетанием таких ламп 105. Осветительные устройства могут быть соединены последовательно, соединены параллельно, или как последовательно, так и параллельно, например, таким способом, что множество осветительных устройств соединяются последовательно, и такие множества соединяются параллельно. Однако, в этой спецификации предполагается, что все осветительные устройства 105, которые приводятся в действие посредством одной схемы управления, соединяются последовательно.

Система 109 регулятора неизменного тока аэродромного освещения означает законченную систему подачи мощности, показанную на фиг. 1a. Она может содержать множество блоков 102 регулятора неизменного тока, используемых в аэродромных электрических подстанциях. Одна или более систем 109 (подсистем) регулятора неизменного тока аэродромного освещения могут использоваться на аэродромах.

Регулятор 102 неизменного тока, который может также называться инвертором неизменного тока или CCR-инвертором в этой спецификации, является электрическим устройством, которое преобразует электрическую мощность из DC-входной мощности в AC-выходную мощность. Это устройство может быть реализовано с помощью технологии импульсного источника питания (SMPS). Выходная частота, выходное напряжение и/или выходной ток регулятора 102 неизменного тока могут регулироваться на этапе проектирования, и/или одно или более из этих свойств могут регулироваться во время работы при необходимости.

В соответствии с вариантом осуществления, напряжение, которое должно подаваться в цепь 104 аэродромного освещения, находится на уровне нескольких киловольт, делая непрактичным проектирование регулятора 102 неизменного тока, так что он может непосредственно питать цепь аэродромного освещения. Следовательно, выходной трансформатор T1 может быть использован на выходе регулятора 102 неизменного тока, чтобы предоставлять достаточно высокое напряжение для цепи аэродромного освещения. Следовательно, в дополнение к самому регулятору 102 неизменного тока, выходное напряжение регулятора 102 неизменного тока может регулироваться посредством трансформатора T1 выходной мощности, который может быть специфицирован во время проектирования регулятора 102 неизменного тока и может быть преобразователем мощности. Дополнительно, выходной трансформатор T1 может также действовать как изолятор для электробезопасности между регулятором 102 неизменного тока и цепью 104 аэродромного освещения.

Величина электрической мощности, подаваемой в цепь 104 аэродромного освещения, может регулироваться посредством регулировки выходного тока до требуемого уровня. Этот выходной ток регулятора неизменного тока может также регулировать интенсивность ламп на взлетно-посадочных полосах и рулежных дорожках. Несколько специфицированных уровней интенсивности могут быть использованы, как определено в связанных стандартах. Требуемый уровень интенсивности освещения для какого-либо заданного момента летной эксплуатации может быть определен авиадиспетчерской службой в аэропорту.

Емкость подачи мощности системы электропитания может быть спроектирована при необходимости. Например, уровни мощности одной цепи 104 аэродромного освещения могут быть в диапазоне 1-40 кВА. Различные регуляторы 102 неизменного тока могут иметь различную емкость электроснабжения в законченной системе 109 аэродромного освещения. Следует отметить, что настоящее изобретение может также быть реализовано в системах, в которых уровни мощности находятся в диапазоне, отличном от 1-40 кВА.

Регуляторы 102 неизменного тока, реализованные с помощью технологии импульсного источника питания (SMPS), могут быть оборудованы функцией/схемой коррекции коэффициента мощности (PFC), которая может уменьшать суммарное потребление мощности по сравнению с тиристорными регуляторами неизменного тока, и регуляторы 102 неизменного тока могут автоматически применяться к связанному уровню нагрузки на аэродромное освещение, который не может быть выполнен в тиристорных регуляторах неизменного тока. Следовательно, энергетический КПД системы может быть увеличен.

Регуляторы 102 неизменного тока могут быть приспособлены для использования AC или DC-формы электропитания. Если используется DC-питание, представляется возможным уменьшать стоимость и сложность регулятора неизменного тока. Кроме того, регуляторы 102 неизменного тока не должны быть привязаны к частоте сети электропитания.

В последующем работа системы электропитания будет описана более подробно. В этом примере, система электропитания может иметь два или более различных режима работы, так что в первом режиме интенсивность LED-освещения может непосредственно управляться посредством выходного тока регулятора 102 неизменного тока, а во втором режиме интенсивность LED-освещения может управляться посредством выходной частоты регулятора 102 неизменного тока. Это может быть особенно полезно с лампами рулежных дорожек, поскольку требуемый (регулируемый стандартами) диапазон интенсивности освещения лампы рулежной дорожки равен 0,66А (10%) - 6,6А (100%), которым можно относительно легко управлять посредством выходного сигнала регуляторов 102 неизменного тока (даже более низкие уровни являются возможными), а интенсивность освещения лампы рулежной дорожки с пределом интенсивности освещения ниже 10% может управляться посредством регулировки частоты выходного сигнала регулятора 102 неизменного тока. Может также быть третий режим, в котором интенсивность LED-освещения может управляться посредством формы волны. Дополнительные режимы могут быть сочетанием двух из трех режимов, или даже сочетанием всех трех режимов.

Упомянутый более низкий уровень интенсивности освещения приблизительно 10% является лишь примером и может быть практическим минимальным пределом в цепях аэродромного освещения вследствие трудностей в реализации хорошей характеристики регулировки мощности для уровней тока, которые должны создавать интенсивность освещения, которая ниже 10% от максимальной (100%) интенсивности. Однако, в некоторых других реализациях уровень, который определяет, какой из двух (или более) различных режимов используется, может отличаться от 10%.

Фиг. 2 иллюстрирует в качестве упрощенной блок-схемы регулятор 102 неизменного тока, в соответствии с вариантом осуществления. Входное AC-напряжение выпрямляется посредством выпрямителя 201 в DC-напряжение, которое должно быть подано к инвертору 202. Однако, если используется DC-система, иллюстрированная на фиг. 1b, выпрямитель 201 не нужен на этой стадии, а электрическая мощность может сообщаться непосредственно инвертору 202. Инвертор 202, который может также называться прерывателем, преобразует DC-напряжение в AC-напряжение с частотой f, которая может быть управляемой. AC-напряжение от инвертора 202 выводится на первичную обмотку выходного трансформатора T1. Выходной трансформатор T1 может быть специфицирован во время проектирования регулятора неизменного тока и может быть силовым трансформатором. Дополнительно, выходной трансформатор T1 может также действовать как изолятор для электробезопасности между регулятором 102 неизменного тока и цепью 104 аэродромного освещения. Выход выходного трансформатора T1 может быть соединен с контуром 203 обратной связи, который может содержать, например, выпрямитель, чтобы преобразовывать AC-выходное напряжение в DC-напряжение, и фильтр для фильтрации DC-напряжения в DC-опорное напряжение. Контроллер 204 инвертора может использовать DC-опорное напряжение для управления работой инвертора 202. Например, контроллер 204 инвертора может инструктировать инвертору 202 изменять выходное напряжение, чтобы поддерживать выходной ток на постоянном уровне. Контроллер 204 инвертора может также предоставлять управляющий сигнал инвертору 202, чтобы регулировать частоту выходного напряжения инвертора 202.

Вторичная обмотка выходного трансформатора T1 может также быть соединена с цепью 104 аэродромного освещения. Следовательно, выход вторичной обмотки выходного трансформатора T1 используется для подачи мощности в цепь 104 аэродромного освещения. Управление выходом инвертора 202 и, следовательно, вторичной обмоткой выходного трансформатора T1 будет описано ниже в этой спецификации.

Выходной трансформатор T1 может быть спроектирован так, что он имеет максимальную пропускную способность электропередачи при выбранной номинальной частоте f_n. За счет правильной конструкции трансформатора и спецификации может быть получена высокая степень соответствия между частотой инвертора, режимом работы трансформатора, цепью 104 аэродромного освещения и характеристикой управления интенсивностью LED-освещения. В качестве дополнительного преимущества уменьшенный размер и вес трансформатора T1 могут быть получены по сравнению с некоторыми конструкциями предшествующего уровня техники.

Далее, работа регулятора 102 неизменного тока будет описана более подробно, в соответствии с вариантом осуществления. Указание требуемого уровня мощности в цепи 104 аэродромного освещения может быть принято, например, от местной или удаленной системы управления аэродромом, от диспетчерской вышки аэропорта или из другого источника, такого как датчик окружающего освещения или система автоматизации аэродрома. Эти неограничивающие примеры возможных источников управления не показаны на чертежах. Каждая цепь 104 аэродромного освещения может управляться независимо, при этом каждый регулятор 102 неизменного тока может принимать собственный сигнал управления интенсивностью освещения, но работа каждого из регуляторов 102 постоянного тока может быть аналогичной, при этом достаточно использовать только один регулятор 102 неизменного тока в качестве примера здесь. Контроллер 204 инвертора оценивает сигнал управления интенсивностью света, чтобы определять желаемый уровень освещения для фонарей этой конкретной цепи 104 аэродромного освещения, с которой соединяется этот регулятор 102 неизменного тока. Если сигнал управления интенсивностью света указывает, что желаемый уровень освещения меньше или равен пороговому значению, контроллер 204 инвертора управляет инвертором 202, чтобы регулировать выходную частоту до значения, которое создает желаемую интенсивность света посредством ламп цепи 104 аэродромного освещения. В соответствии с вариантом осуществления, частота в этой ситуации выше номинальной частоты f_n трансформатора T1. С другой стороны, если сигнал управления интенсивностью света указывает, что желаемый уровень освещения выше порогового значения, контроллер 204 инвертора управляет инвертором 202, чтобы регулировать выходной ток, но сохранять частоту на уровне или ниже номинальной частоты f_n, так что желаемая интенсивность света посредством ламп цепи 104 аэродромного освещения должна быть получена.

В соответствии с вариантом осуществления, управление интенсивностью света с помощью изменения выходной частоты инвертора 202 изменяет количество фронтов в единицу времени, присутствующее в выходном сигнале напряжения инвертора 202 и выходном напряжении трансформатора T1. Крутые фронты в упомянутом напряжении по своему существу означают присутствие более высоких частотных компонентов, известных как гармонические частоты, которые будут дополнительно способствовать эффекту уменьшения тока аэродромного освещения и, таким образом, уменьшению интенсивности света. Это явление возникает как в реализации импульсного источника питания, так и с реализацией на основе тиристора, поскольку количество фронтов выходного напряжения инвертора 202 и выходного напряжения трансформатора T1 увеличивается вместе с более высокой частотой в обеих альтернативах реализации.

Фиг. 8a-8d иллюстрируют примерную форму волны для управления интенсивностью освещения как функции напряжения, частоты и/или формы волны, в соответствии с вариантом осуществления. На фиг. 8a первая частота, например, 50 Гц используется, и AC-напряжение является синусоидальным и изменяется между -400 В и 400 В, т.е., размах напряжения равен 800 В. На фиг. 8b используется та же частота, но уровень напряжения является более низким, в этом примере AC-напряжение изменяется между приблизительно -100 В и 100 В. На фиг. 8c уровень напряжения является приблизительно таким же, что и в примере на фиг. 8b, но частота утраивается, т.е., равна приблизительно 150 Гц. На фиг. 8d уровень напряжения и частота являются примерно такими же, что и на фиг. 8c, но форма волны отличается от форм волн, используемых в примерах на фиг. 8a-8c. Форма волны на фиг. 8d может быть достигнута посредством переключения напряжения на выходе, после того как определенная задержка прошла, когда напряжение пересекло уровень 0 В. Этот вид операции реализуется, например, посредством тиристорных схем управления, но также могут быть использованы другие способы и формы волн.

Фиг. 3a изображает эквивалентную схему выходного трансформатора T1 и цепи 104 аэродромного освещения, фиг. 3b изображает выходной ток цепи 104 аэродромного освещения на фиг. 3a как функцию входного напряжения при первой частоте, которая является, например, номинальной частотой f_n, а фиг. 3c изображает выходной ток цепи аэродромного освещения на фиг. 3a как функцию входного напряжения при второй частоте, которая выше номинальной частоты f_n в соответствии с вариантом осуществления. Может быть видно, что, когда выходная частота выше выбранной номинальной частоты f_n трансформатора T1, реактивное сопротивление трансформатора T1 и трансформаторов ламп (LT_n на фиг. 3a) увеличивается и, таким образом, уменьшает ток в цепи 104 аэродромного освещения. Это ведет к ограниченной интенсивности света. Реактивное сопротивление увеличивается вследствие увеличения индуктивностей рассеяния вместе с увеличением частоты.

Эквивалентная схема трансформатора T1 содержит первый импеданс L1, второй импеданс L'2 и взаимный импеданс L_m. Можно предположить, что взаимный импеданс L_m гораздо выше первого импеданса L1 и второго импеданса L'2 (Lm >> L1 и Lm >> L2). Суммарный импеданс эквивалентной схемы может быть выражен следующим образом:

Z=R+jωL=RT2 +…+ RTn+2πf(L₁+L'₂+LT2+…+LTn)

ω=2 πf

Термины, присутствующие в уравнении и на фиг. 3a, 3b и 3c, являются следующими:

Z=суммарный импеданс эквивалентной схемы;

T1=выходной трансформатор инвертора

L₁=индуктивность рассеяния первичной обмотки выходного трансформатора T1

L'₂=индуктивность рассеяния вторичной обмотки выходного трансформатора T1

Lm=индуктивность намагничивания T1

UT1=напряжение на клеммах T1 (примечание: эквивалентная схема, показанная с отношением напряжения 1:1)

T2-Tn=трансформаторы ламп

LT2=индуктивность трансформатора T2 лампы

LTn=индуктивность трансформатора Tn лампы

Uin=входное напряжение для цепи аэродромного освещения (в выходной точке инвертора 102)

UT2=напряжение на клеммах трансформатора T2 лампы

UTn=напряжение на клеммах трансформатора Tn лампы

Ur2=напряжение на клеммах резистивной нагрузки RT2 в трансформаторе T2 лампы

Urn=напряжение на клеммах резистивной нагрузки RTn в трансформаторе Tn лампы

Ux2=напряжение на клеммах нагрузки RT2 реактивного сопротивления в трансформаторе T2 лампы

Uxn=напряжение на клеммах нагрузки RTn реактивного сопротивления в трансформаторе Tn лампы

Iout=ток в цепи аэродромного освещения

D1=LED в лампе (диод)

n=индекс, 1, 2, … N, N=максимальное количество трансформаторов ламп.

Выходное напряжение инвертора является эффективным на входе трансформатора T1. Эффективное напряжение Uin на входе цепи аэродромного освещения является суммой векторов напряжения UT1+UT2+…+ UTn. Напряжение на клеммах трансформатора UTn лампы состоит из двух векторов напряжения Urn и Uxn. Импеданс цепи 104 аэродромного освещения увеличивается вместе с увеличением частоты выходного напряжения инвертора, согласно сумме векторов Uin=Iout*(R+jωL).

В соответствии с вариантом осуществления, трансформатор T1 не должен быть трансформатором, имеющим первичную и вторичную обмотки, но также взамен может быть использован другой вид реактивного сопротивления.

Предполагается, что сопротивление R является постоянным и, таким образом, не зависит от частоты выходного напряжения инвертора. Кроме того, jωL зависит от частоты выходного напряжения инвертора, как ω=2πf и f=частота, j=мнимая единица. Напряжение между концами всех катушек индуктивности (L1, L'2, LT2, …, LTn) увеличивается как функция частоты, так что чем выше частота, тем выше реактивное сопротивление. В результате, более высокое реактивное сопротивление ведет к уменьшенному току цепи аэродромного освещения и, следовательно, более низкой интенсивности света в цепи 104 аэродромного освещения.

Фиг. 3d изображает формы волн входного напряжения при двух различных частотах, в соответствии с вариантом осуществления. Эффективное LED-напряжение выражается как Ur2+Ur3+…+Urn (интенсивность света), которое будет уменьшаться вместе с более высокой частотой цепи аэродромного освещения, поскольку индуктивная нагрузка будет изменять распределение напряжения между векторами Ur2 и UX2, Ur3 и UX3, …, Urn и UXn.

Фиг. 5 изображает управление интенсивностью LED-освещения как функцию выходного тока инвертора и частоты, в соответствии с вариантом осуществления. Может быть видно, что, когда желаемая интенсивность света меньше или равна пороговому значению th, выходная частота может регулироваться, а когда желаемая интенсивность света выше порогового значения th, выходная частота может быть сохранена постоянной, но выходное напряжение может быть отрегулировано. Выходной ток изображается с помощью линии 501, а частота изображается с помощью линии 502.

Выходная частота инвертора каждой цепи аэродромного освещения может быть отдельно отрегулирована. Следовательно, представляется возможным регулировать интенсивности различных LED-цветов, так что требуемая интенсивность света может быть создана для различных LED-цветов, и одинаковый тип трансформаторов ламп может быть использован с различными цветами света. Это также означает, что функция ограничения мощности не нужна в осветительных блоках 105.

Возможно использовать синусоидальную форму волны в выходном напряжении инвертора или форму волны, отличную от синусоидальной формы волны. Выбор формы волны выходного напряжения инвертора может быть частью проектирования способа управления.

Следует отметить снова, что упомянутый 10% уровень интенсивности является лишь примерным ограничением здесь, но вместо этого может быть использовано любое другое возможное значение уровня интенсивности. Точное значение этого порогового значения может зависеть от присоединенной нагрузки цепи 104 аэродромного освещения по сравнению с максимально допустимой выходной мощностью инвертора. Таким образом, оно может зависеть, например, от длины взлетно-посадочной полосы и числа ламп в цепи 104 аэродромного освещения.

В качестве дополнительного преимущества, блоки 105 ламп не должны иметь способы измерения тока цепи аэродромного освещения вообще. Это решение создает очень надежный, относительно простой и бюджетный способ управления интенсивностью света и отдельные осветительные изделия.

Фиг. 4a-4d изображают различные формы волн широтно-импульсной модуляции, которые могут быть использованы в инверторе 102, в соответствии с вариантом осуществления. На фиг. 4a сигнал широтно-импульсной модуляции при N Гц (N=любое число) используется для создания синусоидальной формы волны. Ширина импульса соответствует амплитуде целевой формы волны. Когда эта форма волны широтно-импульсной модуляции проходит через фильтр, результирующая форма волны является приблизительно синусоидальной. На фиг. 4b сигнал широтно-импульсной модуляции при 3N Гц (N=любое число) используется для создания синусоидальной формы волны. В этом примере число PWM-импульсов и, следовательно, частота переключений увеличивается в значительной степени. Это может создавать EMI-помехи (электромагнитные помехи) и потери на переключение, которые могут вести к более низкому КПД энергии. На фиг. 4c изображен квадратный импульс при 3N Гц. Фиг. 4d изображает PWM с квадратным импульсом при 3N Гц. Эта форма волны может также быть использована для регулировки амплитуды (напряжения) посредством изменения отношения ширины PWM-импульса. Эта форма волны может создавать меньше EMI-помех и потерь при переключении, которые могут вести к более лучшему КПД энергии.

Как было упомянуто ранее в этой спецификации, представляется возможным использовать, не только регулировку частоты и/или напряжения, но также различные формы волн выходного тока, чтобы добиваться регулировки освещения. Такое управление формой волны может быть использовано, например, в качестве дополнительного способа управления вместе с управлением частотой и/или напряжением, или управление формой волны может быть использовано, например, в определенном диапазоне интенсивности освещения. В качестве примера последнего, управление формой волны может быть реализовано, когда желаемый уровень освещения гораздо меньше порогового значения, т.е. ниже второго порогового значения (например, 1%), при этом управление частотой может быть использовано, когда желаемый уровень освещения находится между вторым пороговым значением и ранее упомянутым пороговым значением (например, 10%).

В соответствии с вариантом осуществления, аппаратура содержит средство для сравнения желаемого уровня мощности с первым пороговым значением и вторым пороговым значением, при этом средство для регулировки AC-мощности приспособлено регулировать частоту, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится между первым пороговым значением и вторым пороговым значением, регулировать форму волны, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится ниже второго порогового значения, и регулировать выходное напряжение, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности выше первого порогового значения. Первое пороговое значение может быть меньше второго порогового значения, в результате чего, также форма волны и выходное напряжение могут быть отрегулированы, когда желаемый уровень мощности находится между первым пороговым значением и вторым пороговым значением. Первое пороговое значение может быть больше второго порогового значения, в результате чего, регулируется только частота, когда желаемый уровень мощности находится между первым пороговым значением и вторым пороговым значением. Приводимое в действие с помощью порогового значения управление с двойными параметрами значительно улучшает характеристику трансформатора лампы при низких уровнях тока и позволяет использовать автоматический блок LED-лампы.

Функциональность управления мощностью для каждой AFL-цепи может быть откалибрована. Первоначальная CCR-калибровка может быть выполнена, например, во время ввода в эксплуатацию CCR. Первоначальная калибровка может быть выполнена для взаимосвязывания AFL-тока с интенсивностью AFL-освещения. Пороговые значения могут быть определены таким образом, что CCR измеряет рассматриваемую AFL-цепь и задает оптимальные рабочие параметры на основе полученных значений комплексного импеданса. Настройка порогового значения может быть выполнена во время запуска CCR или специально требуется, например, во время ввода в эксплуатацию.

Откалиброванные рабочие параметры в нормальном состоянии AFL-цепи требуются для обнаружения отказа. Ненормальное состояние AFL-цепи может быть использовано для обнаружения отказов. Например, тип отказа может быть определен, если AFL-ток находится вне нормального уровня и/или используется более/менее емкостной или индуктивный путь тока. Диагностический признак может быть создан для CCR.

Разомкнутая AFL-цепь может быть обнаружена как разомкнутая цепь, которая создает емкостной ток, соединяющийся с землей. CCR может выполнять тестовое измерение с небольшим AFL-током для обнаружения непрерывности AFL-цепи и возможных отказов ламп. Отказы разомкнутой главной цепи и разомкнутой цепи лампы (т.е., разомкнутой вторичной цепи AFL-трансформатора) могут быть обнаружены относительно кривых калибровки. Сканирование/измерение предпочтительно выполняется с низкой интенсивностью света.

Преимуществом настоящего изобретения является то, что оно предоставляет возможность использования AFL-токов в диапазоне низкой интенсивности света, например, в диапазоне 0-3 А. Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что оно предоставляет возможность проектирования более простых и дешевых AFL-ламп и систем наблюдения тока. Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что оно может предоставлять мощность для длинных AFL-цепей и кабельных соединений. Оно также создает устойчивое электрическое поведение AFL-цепи. Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что оно может использовать более высокую частоту с более низким током, что предоставляет возможность точного управления для низких уровней тока. Также, с непрерывным управлением формой волны тока, воздействия емкости кабеля могут быть уменьшены. Поскольку емкость кабеля также изменяется с возрастом, это делает ожидаемый срок службы кабельного соединения значительно более длительным.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления может быть использована пассивная регулировка мощности внутри блоков 105 ламп. Такая пассивная схема может быть, например, LC-контуром, настроенным для требуемой правильной пороговой частоты f_n. LC-контур приспособлен для внутреннего и независимого управления LED-тока в любом аэродромном осветительном блоке и управляется посредством частоты, применяемой к цепи 104 аэродромного освещения. LC-контур ограничивает LED-ток, когда частота увеличивается.

В соответствии с еще одним альтернативным вариантом осуществления может быть использована активная регулировка мощности внутри блока 105 лампы. Следовательно, выходная частота инвертора сохраняется в номинальном значении f_n, и ток цепи сохраняется практически на определенном значении. Активная схема может содержать, например, схему обнаружения частоты, которая управляет PWM-входом контроллера LED-мощности, настроенного для требуемого дифференциального порога f_n частоты. Схема обнаружения частоты приспособлена для внутреннего и независимого управления LED-мощностью в блоке 105 освещения согласно изменениям в частоте, подаваемой в цепь 104 аэродромного освещения, по сравнению с номинальной частотой f_n. В этом варианте осуществления время переключения PWM (ширина импульса) должно изменяться как управляемое посредством разницы частоты. В этом варианте осуществления одна конкретная частота означает один уровень интенсивности света. Например, номинальная частота 50 Гц должна означать уровень интенсивности света 100%, в то время как 75 Гц должна означать уровень интенсивности света 30%, 100 Гц может означать уровень интенсивности света 10%, 125 Гц может означать уровень интенсивности света 3%, 150 Гц может означать уровень интенсивности света 1%. Изменение частоты является временным и может пониматься как команда изменения интенсивности света. Иначе, определенный ток цепи, например, 2 А, может использоваться постоянно.

Следует отметить здесь, что регулирующие организации ICAO и FAA (международные организации регулирования авиации) изучают, что должно быть корректным нижним пределом для уровня интенсивности LED-освещения (например, 1% или 3%). Поскольку использование LED является довольно новым для систем аэродромного освещения, этот нижний предел еще не был определен в нормативах. С вышеописанной системой электропитания упомянутое нижнее предельное значение интенсивности LED-освещения может быть отрегулировано посредством выбора правильной выходной частоты инвертора, даже после установки системы аэродромного освещения в аэропортах.

Использование LED-ламп и будущих продуктов LED-ламп может быть более дешевым, поскольку система управления мощностью не требуется в каждом продукте лампы. Это является особенно полезным, поскольку количество ламп взлетно-посадочной полосы и рулежной дорожки может быть довольно огромным в аэропортах (тысячи ламп на аэродром, вплоть до нескольких сотен на каждую взлетно-посадочную полосу/рулежную дорожку). Этот вид компоновки системы аэродромного освещения означает, что реакция уровня интенсивности света согласно выходной частоте инвертора и выходному напряжению инвертора может быть отрегулирована при необходимости, без регулировки тока цепи аэродромного освещения, вплоть, например, до <0,5А.

Может быть полезным ограничивать нижний край диапазона, например, 0,5 А, поскольку этот оставшийся минимальный ток может быть использован, чтобы предоставлять возможность точности практической реализации в управлении выходом тока инвертора и питания схем управления лампами в блоках освещения посредством выходного тока инвертора без отдельного средства электропитания.

Существующие AFL-системы управляют интенсивностью света посредством AFL-тока в диапазоне 100% (6,6 А) - 1% (2,8 А), первоначального специфицированного для галогенных ламп. К несчастью, это не подходит непосредственно для современных LED-ламп, и, следовательно, производители ламп добавили контроллеры мощности светодиодов внутрь блоков ламп, увеличивая также стоимость блока лампы с большими рисками относительно надежности. Использование вышеупомянутых контроллеров мощности LED системы электропитания может не быть необходимым внутри блоков 105 ламп.

Дополнительно, новые современные AFL-системы на основе LED-ламп могут также использовать диапазон мощности в 100% (2,0 А), который трудно реализовать с помощью существующей технологии, которая потребует разрешающей способности управления 20 мА, которая равна 1% интенсивности и является труднодостижимой, но возможно реализовать с помощью вышеупомянутой системы электропитания. Поскольку вышеупомянутая система электропитания использует частотное управление низкой интенсивностью света, система не страдает от упомянутой проблемы разрешающей способности управления. Низкий ток цепи аэродромного освещения создается внутри трансформатора T1 и, следовательно, вне функции внутреннего контроллера инвертора.

Трансформаторы внутри блоков 105 ламп добавляют индуктивность в цепь аэродромного освещения, которая дополнительно увеличивает чувствительность системы аэродромного освещения к частотному управлению интенсивностью света. Это делает регулировки интенсивности света технически более легкими и уменьшает стоимость ламп.

Следует отметить здесь, что, хотя вышеприведенное описание использовало аэродромное освещение, т.е., системы аэродромного наземного освещения (AGL) в качестве примера нагрузки для системы электропитания, тот же принцип управления мощностью также применим ко многим другим прикладным задачам, где необходимо управление интенсивностью света, управление мощностью в других целях.

Сеть 101 электропитания может использовать AC-напряжения с базовой частотой 50 Гц или 60 Гц, но настоящее изобретение может также быть использовано с другими частотами, также приспособленными для передачи требуемой мощности в цепи аэродромного освещения. В качестве неограничивающего примера, частота выходного напряжения инвертора находится в диапазоне 100-600 Гц для того, чтобы сохранять LED-фонари немерцающими, поскольку мерцание может мешать пилотам в самолетах, и уменьшать размер индуктивных составляющих. Однако, может быть использован любой подходящий частотный диапазон, например, 50-1000 Гц.

Настоящее изобретение может также создавать меньше EMI-помех. Использование AC-тока в цепи аэродромного освещения является хорошим вариантом, поскольку синусоидальная форма AC-напряжения может минимизировать создание EMI-помех. Если цепь аэродромного освещения использует относительно низкую частоту сети электропитания, типичное синусоидальное управление PWM-мощностью в цепи аэродромного освещения создает множество потерь при переключении, помех (EMI) и мерцание света. Если цепь аэродромного освещения будет использовать, например, PWM-управление мощностью для самого тока возбуждения лампы с довольно высокими уровнями мощности (до 40 кВА), крутые фронты PWM-сигнала могут формировать значительно больше EMI-помех и могут создавать проблемы изоляции в кабелях цепи аэродромного освещения и трансформаторах.

В настоящем изобретении более высокие, регулируемые частоты по сравнению с частотой сети электропитания могут быть использованы в качестве выходной частоты блока инвертора, которые, таким образом, могут обеспечивать, по своему существу, регулировку амплитуды напряжения в цепи аэродромного освещения, разделяющую напряжение между резистивными и индуктивными нагрузками (в T1 и трансформаторах LTn ламп). Когда используется более высокая частота, мерцание и стробоскопический эффект могут быть уменьшены, если не полностью устранены, и меньше помех (EMI) может быть создано вследствие более простой PWM-модуляции выходного напряжения.

В последующем, дополнительный признак, который может быть использован с вышеописанной структурой электропитания, будет обсужден более подробно в соответствии с вариантом осуществления. Дополнительный признак может быть использован для доставки управляющих сообщений нагрузке, например, для управления лампой. Управляющие сообщения являются, например, бинарными управляющими сообщениями. Это может быть выполнено, например, следующим образом. Изменение выходной частоты блока 102 регулятора неизменного тока может иметь значение для устройств, соединенных с его выходом. Различные частоты могут быть использованы в качестве сообщений или управляющих сигналов, таким образом, устраняя использование отдельных путей управления. В качестве примера, часть ламп 105 аэродромного освещения может быть включена/выключена, чтобы частично освещать рулежную дорожку без отдельной схемы управления лампами или кабелей.

Информация может передаваться посредством управляющих сообщений, например, так, что существует единственное изменение в выходной частоте блока 102 регулятора неизменного тока, или последовательность многочисленных изменений частоты. Если используются многочисленные изменения, каждое отдельное изменение (значение частоты) может быть использовано для добавления информации в передаваемое сообщение. Этот способ увеличивает количество различных доступных сообщений, например, адресов шины связи для принимающих устройств. Могут быть использованы подходящая частота или частотный диапазон. Например, если номинальная выходная частота блока 102 регулятора неизменного тока равна 300 Гц, выходная частота 330 Гц может означать бит "1", а выходная частота 270 Гц может означать бит "0". Могут быть использованы любые возможные значения частоты. Последовательный ряд изменений частоты может, таким образом, формировать бинарный код, например, 16-битное слово. Может быть использована любая подходящая длина слова (число битов).

Фиг. 9a-9c иллюстрируют, как информация может быть включена в выходную мощность в качестве дополнительных импульсов. Фиг. 9a иллюстрирует базовую форму волны, когда последовательность импульсов 901 (в этом примере последовательность содержит один импульс) повторяется, так что импульсы каждого последующего набора имеют противоположный уровень напряжения относительно 0 В. Например, первый набор имеет положительные импульсы, второй набор имеет отрицательные импульсы, так что абсолютное значение импульсов имеет практически одинаковый уровень напряжения, третий набор имеет опять положительные импульсы, и т.д. Когда блок лампы принимает этот вид формы волны, он может иметь выпрямитель и датчик импульсов для обнаружения информационных битов. Та же форма волны также подается к фильтру мощности, который формирует электрическую мощность для осветительных блоков. В примере на фиг. 9a информация не содержится, при этом датчик может делать логический вывод, что выпрямленная форма волны является базовой формой волны. С другой стороны, фиг. 9b изображает пример, в котором каждый импульс делится на два импульса, так что эти два импульса имеют практически одинаковую площадь (т.е., одинаковую энергию) по сравнению с примером на фиг. 9a. Таким образом, одинаковая энергия предоставляется осветительным блокам, но датчик может теперь определять, что существуют два импульса вместо одного, при этом об этом дополнительном импульсе может быть сделан логический вывод, что он представляет информацию. Фиг. 9c иллюстрирует еще одну примерную форму волны, в которой базовый импульс делится на четыре отдельных импульса, но так, что эти четыре импульса несут практически одинаковую энергию по сравнению с одним импульсом на фиг. 9a и двумя импульсами на фиг. 9b. В качестве примера, фиг. 9b может представлять бит "1", а фиг. 9c может представлять бит "0", или наоборот.

В результате, одинаковая энергия передается импульсами для цепи электропитания блоков освещения, которые формируют электрическую мощность для блоков ламп из входных импульсов. Это выглядит как синусоидальная волна в этом примере, также иллюстрируется как кривая 902 на фиг. 9a-9c.

Чтобы иметь возможность обрабатывать информацию, передаваемую посредством подаваемой мощности, принимающее устройство (например, лампа аэродромного освещения) имеет схему, которая может распознавать и демодулировать входящую переданную информацию и может использовать эту информацию для управления своим функционированием, например, для регулировки ламп до корректного уровня интенсивности. Это может быть реализовано как модуль/функция селектора цепи аэродромного освещения.

В качестве другого примера, частотная модуляция (FM) может также быть использована с выводом блока 102 регулятора неизменного тока. Следовательно, выходная частота может изменяться согласно информации, которая должна быть передана.

Если реализация обмена сообщениями на основе частотной модуляции используется в системе аэродромного освещения, схема лампы включает в себя средство, которое может обнаруживать, принимать и декодировать упомянутое сообщение частотной области и формировать управляющий сигнал для лампы 105. Этот вид средства может быть частью схемы обнаружения выходной частоты блока 102 регулятора неизменного тока, которая обнаруживает различие между номинальной и фактической частотой цепи аэродромного освещения и дополнительно управляет скважностью PWM-импульсов для управления мощностью тока лампы.

Настоящее изобретение может также быть использовано для создания изменяющихся уровней интенсивности для ламп, например, предоставляя возможность частоте охватывать определенный частотный диапазон. Пример этого изображен на фиг. 7a. Следовательно, интенсивность света может управляться без необходимости использовать фиксированные уровни интенсивности света. Использование динамически изменяющейся частоты цепи аэродромного освещения создает увеличивающуюся или уменьшающуюся интенсивность света, соответственно, изменяя ток аэродромного освещения соответствующим образом. Это создает динамическую яркость аэродромного освещения. Это может быть использовано, например, в качестве нового сигнала для пилотов самолетов. Этот вид динамически изменяющейся интенсивности света можно легче обнаруживать по сравнению с фиксированной интенсивностью света. Это может быть полезным в трудных визуальных условиях. Это явление схоже с предупредительными световыми сигнализациями в движении транспорта, когда динамически изменяющееся мерцание или интенсивность используется для привлечения внимания.

Фиг. 7b иллюстрирует динамический эффект в синусоидальной форме волны, в соответствии с вариантом осуществления. Кривые 701 иллюстрируют два примера области активного управления, а кривые 702 иллюстрируют два примера значений частоты и напряжения на выходе блока 102 регулятора неизменного тока при начале работы системы электропитания. Однако, подходящие другие формы волны и возможные степени изменения интенсивности во временной области могут быть использованы, также как любое сочетание напряжения/частоты для выбора рабочей точки системы внутри области 701 активного управления. Когда система запускается, чтобы повышать мощность, могут использоваться более высокие частоты и, следовательно, более низкие токи аэродромного освещения, а затем постепенно приближаться к более высоким уровням мощности, например, по кривой 702, показанной на фиг. 7. Использование более высоких частот для регулировки тока аэродромного освещения может устранять или, по меньшей мере, уменьшать мерцание и стробоскопические проблемы, которые могут в ином случае присутствовать - особенно с низкими интенсивностями освещения. Использование более высокой частоты для регулировки тока аэродромного освещения делает также возможной калибровку требуемого тока цепи аэродромного освещения, необходимого для различных цветов LED-освещения - поскольку величина яркости света, которую LED создает при заданном токе, может изменяться согласно цвету LED. Таким образом, этот принцип может упрощать производство LED-ламп с различными цветами, все еще используя аналогичные электрические компоненты в них.

Частотная регулировка может также иметь преимущество в том, что трансформаторы LT2 ламп могут иметь больший поток рассеяния по сравнению с ситуацией, в которой используется только регулировка на основе напряжения. Следовательно, первичная обмотка и вторичная обмотка трансформатора лампы не должны быть туго намотаны одна поверх другой, но, например, кольцеобразный сердечник (например, тороид) может быть использован, так что первичная намотка и вторичная намотка находятся на противоположных сторонах на сердечнике, или когда используется рамный сердечник, первичная обмотка и вторичная обмотка могут быть установлены на различные ветви сердечника.

Фиг. 10 иллюстрирует пример принципа управления мощностью в соответствии с вариантом осуществления. В зависимости от желаемого уровня мощности, одно или более из частоты, формы волны и выходного напряжения подаваемой AC-мощности регулируется. Если желаемый уровень мощности ниже первого порогового значения th1, только форма волны AC-мощности регулируется, чтобы получать желаемый уровень мощности. Если желаемый уровень мощности находится между первым пороговым значением th1 и вторым пороговым значением th2, частота, форма волны и выходное напряжение AC-мощности могут быть отрегулированы, чтобы получать желаемый уровень мощности. Если желаемый уровень мощности выше второго порогового значения th2, только выходное напряжение AC-мощности регулируется, чтобы получать желаемый уровень мощности.

Изобретение не ограничивается исключительно вышеописанными вариантами осуществления, но может быть изменено в рамках прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к аппаратуре для подачи электрической мощности к электрическому устройству. Техническим результатом является обеспечение подачи электрической мощности к электрическому устройству посредством непосредственной подачи мощности к LED-лампам с помощью лишь выходного сигнала блока регулятора неизменного тока. Результат достигается тем, что получают указание желаемого уровня мощности, которая должна быть подана к электрическому устройству. Электрическая мощность принимается как DC-мощность посредством блока (102) регулятора неизменного тока, который инвертирует DC-мощность в AC-мощность и подает AC-мощность, которая должна быть преобразована в выходную мощность, при этом средство для регулировки AC-мощности выполнено с возможностью: регулировать частоту, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится между первым пороговым значением и вторым пороговым значением; регулировать форму волны, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится ниже второго порогового значения; и регулировать выходное напряжение, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится выше первого порогового значения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Аппаратура (102) для подачи электрической мощности к электрическому устройству (104), причем аппаратура содержит:

средство для получения указания желаемого уровня мощности, который должен подаваться к электрическому устройству (104);

вход для приема электрической мощности в качестве DC-мощности;

инвертор (202) для инвертирования DC-мощности в AC-мощность;

средство для подачи AC-мощности к реактивному сопротивлению (T1), которая должна быть преобразована в выходную мощность;

характеризующаяся тем, что аппаратура (102) дополнительно содержит:

средство для сравнения желаемого уровня мощности с первым пороговым значением (th, th1) и вторым пороговым значением (th2);

средство (204) для регулировки AC-мощности, подаваемой к реактивному сопротивлению (T1), с помощью по меньшей мере двух из следующего:

- уровня напряжения AC-мощности;

- частоты AC-мощности;

- формы волны AC-мощности;

при этом средство (204) для регулировки AC-мощности выполнено с возможностью:

- регулировать частоту, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится между первым пороговым значением (th, th1) и вторым пороговым значением (th2);

- регулировать форму волны, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится ниже второго порогового значения (th2); и

- регулировать выходное напряжение, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится выше первого порогового значения (th, th1).

2. Аппаратура (102) по п. 1, характеризующаяся тем, что реактивное сопротивление содержит трансформатор (T1), имеющий первичную обмотку для приема AC-мощности.

3. Аппаратура (102) по п. 2, характеризующаяся тем, что трансформатор (T1) содержит вторичную обмотку для преобразования AC-мощности в выходную мощность.

4. Аппаратура (102) по любому из пп. 1-3, характеризующаяся тем, что средство для подачи AC-мощности выполнено с возможностью кодировать управляющее сообщение в выходную мощность.

5. Аппаратура (102) по п. 4, характеризующаяся тем, что управляющее сообщение формируется посредством одного из следующего:

изменения в частоте;

последовательности импульсов.

6. Аппаратура (102) по любому из пп. 1-5, характеризующаяся тем, что электрическое устройство (104) является лампой (105) системы (103) аэродромного освещения.

7. Аппаратура (102) по любому из пп. 1-6, характеризующаяся тем, что средство (204) для регулировки AC-мощности содержит по меньшей мере одно из импульсного источника питания и тиристорного источника питания.

8. Способ подачи электрической мощности к электрическому устройству (104), причем способ содержит этапы, на которых:

получают указание желаемого уровня мощности, который должен подаваться к электрическому устройству (104);

принимают электрическую мощность в качестве DC-мощности посредством блока (102) регулятора неизменного тока;

инвертируют постоянный ток в AC-мощность;

подают AC-мощность к реактивному сопротивлению (T1) для преобразования в выходную мощность;

и подают выходную мощность от реактивного сопротивления (T1) к электрическому устройству (104);

характеризующийся тем, что способ дополнительно содержит этап, на котором:

сравнивают желаемый уровень мощности с первым пороговым значением (th, th1) и вторым пороговым значением (th2);

регулируют AC-мощность, подаваемую к реактивному сопротивлению (T1), с помощью по меньшей мере двух из следующего:

- уровня напряжения AC-мощности;

- частоты AC-мощности;

- формы волны AC-мощности;

при этом AC-мощность регулируется посредством этапов, на которых:

- регулируют частоту, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится между первым пороговым значением (th, th1) и вторым пороговым значением (th2);

- регулируют форму волны, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится ниже второго порогового значения (th2); и

- регулируют выходное напряжение, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится выше первого порогового значения (th, th1).

9. Способ по п. 8, характеризующийся тем, что реактивное сопротивление содержит трансформатор (T1), имеющий первичную обмотку, при этом способ содержит этап, на котором подают AC-мощность к первичной обмотке.

10. Способ по п. 9, характеризующийся тем, что трансформатор (T1) содержит вторичную обмотку, при этом способ содержит этап, на котором подают выходную мощность с вторичной обмотки.

11. Способ по любому из пп. 8-10, характеризующийся тем, что способ дополнительно содержит этап, на котором кодируют управляющее сообщение в выходную мощность.

12. Способ по п. 11, характеризующийся тем, что управляющее сообщение формируется посредством одного из следующего:

изменения в частоте;

последовательности импульсов.

13. Способ по любому из пп. 8-12, характеризующийся тем, что AC-мощность регулируется посредством по меньшей мере одного из импульсного источника питания и тиристорного источника питания.

14. Способ по любому из пп. 8-13, характеризующийся тем, что электрическое устройство (104) содержит светоизлучающий диод, при этом способ содержит этап, на котором регулируют AC-мощность согласно свойствам яркости света светоизлучающего диода.

15. Система электропитания, содержащая:

одно или более электрических устройств (104);

аппаратуру (102) для подачи электрической мощности к одному или более электрическим устройствам (104);

средство для получения указания желаемого уровня мощности, который должен подаваться к электрическому устройству (104);

вход для приема электрической мощности в качестве DC-мощности;

инвертор (202) для инвертирования постоянного тока в AC-мощность;

средство для подачи AC-мощности к реактивному сопротивлению (T1), которая должна быть преобразована в выходную мощность;

характеризующаяся тем, что система дополнительно содержит:

средство для сравнения желаемого уровня мощности с первым пороговым значением (th, th1) и вторым пороговым значением (th2);

средство (204) для регулировки AC-мощности, подаваемой к реактивному сопротивлению (T1), с помощью по меньшей мере двух из следующего:

- уровня напряжения AC-мощности;

- частоты AC-мощности;

- формы волны AC-мощности;

при этом средство (204) для регулировки AC-мощности выполнено с возможностью:

- регулировать частоту, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится между первым пороговым значением (th, th1) и вторым пороговым значением (th2);

- регулировать форму волны, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится ниже второго порогового значения (th2); и

- регулировать выходное напряжение, чтобы получать желаемый уровень мощности, если желаемый уровень мощности находится выше первого порогового значения (th, th1).